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JP2007115604A - Laminated structure - Google Patents

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JP2007115604A
JP2007115604A JP2005307947A JP2005307947A JP2007115604A JP 2007115604 A JP2007115604 A JP 2007115604A JP 2005307947 A JP2005307947 A JP 2005307947A JP 2005307947 A JP2005307947 A JP 2005307947A JP 2007115604 A JP2007115604 A JP 2007115604A
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JP
Japan
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laminated
pressure member
fastening pressure
laminated structure
fuel cell
Prior art date
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Pending
Application number
JP2005307947A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Kanamori
謙二 金森
Hiroshi Sakurai
寛 桜井
Hiroyuki Ichikawa
浩之 市川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stack structure capable of making small and compact, and capable of uniformly applying a load at all times to a stack member even when using temperature is varied. <P>SOLUTION: In the stack structure 1 equipped with a solid oxide fuel cell 2 which is a plurality of flat stacking members and a fastening pressing member pressing and fastening the solid oxide fuel cell in the stacking direction, and repeating expansion and contraction in the stacking direction by variation of using temperature, and at least a part of the fastening pressing member 4 is used as an expansion contraction part 4A pressing at all times in a using temperature range a plurality of solid oxide fuel cells 2 made of a shape-memory alloy and alternately stacked each other. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数の平板状を成す積層部材を積層して成り、使用温度の変化により積層方向に膨張及び収縮を繰り返す積層構造体、例えば、燃料ガスが供給される燃料極と酸化剤ガスが供給される酸化剤極とで高分子電解質膜を挟持して成る固体電解質型燃料電池を複数積層して形成される積層構造体に関するものである。     The present invention is formed by laminating a plurality of laminated members having a flat plate shape, and a laminated structure that repeats expansion and contraction in the laminating direction according to a change in use temperature, for example, a fuel electrode supplied with fuel gas and an oxidant gas. The present invention relates to a laminated structure formed by laminating a plurality of solid oxide fuel cells each having a polymer electrolyte membrane sandwiched between supplied oxidant electrodes.

従来、上記したような積層構造体としては、例えば、積層部材としての固体電解質型燃料電池を複数積層して成る積層体をエンドプレートで挟み込み、これらのエンドプレートの縁部分を貫通する複数本のスタッドボルトの両端部にナットをねじ込むことによって、一方のエンドプレートに隣接させた締め付けプレートと他方のエンドプレートとを締結した燃料電池スタック構造体があり、この燃料電池スタック構造体では、一方のエンドプレートと締め付けプレートとの間に介在させた皿ばねの弾性力によって、積層体を両側から加圧して集電及びガスシールを行うようにしていた。
特開2002−151135
Conventionally, as a laminated structure as described above, for example, a laminated body formed by laminating a plurality of solid oxide fuel cells as a laminated member is sandwiched between end plates, and a plurality of pieces penetrating the edge portions of these end plates are used. There is a fuel cell stack structure in which a fastening plate adjacent to one end plate and the other end plate are fastened by screwing nuts into both ends of the stud bolt, and in this fuel cell stack structure, one end The laminated body was pressed from both sides by the elastic force of the disc spring interposed between the plate and the clamping plate to collect current and perform gas sealing.
JP 2002-151135 A

ところが、上記した積層構造体としての燃料電池スタック構造体では、積層体を両側から加圧するのに皿ばね及び締め付けプレートを用いていることから、これらの部材の分だけ質量が増加すると共に収容スペースを必要とするという問題があった。   However, in the fuel cell stack structure as the laminated structure described above, since the disc spring and the clamping plate are used to pressurize the laminated body from both sides, the mass is increased by the amount of these members and the accommodation space is increased. There was a problem of needing.

また、加圧のために用いる皿ばねが締め付けプレートのスタッドボルトが位置していない中央部分に配置される関係上、この締め付けプレートの中央部分が湾曲してしまい、固体電解質型燃料電池に均等に荷重をかけることができないという問題を有しており、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。   In addition, since the disc spring used for pressurization is arranged in the central portion where the stud bolt of the fastening plate is not located, the central portion of the fastening plate is bent, and the solid oxide fuel cell is evenly distributed. There is a problem that a load cannot be applied, and it has been a conventional problem to solve these problems.

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、軽量小型化を実現することができ、加えて、使用温度が変化したとしても、積層部材に対して常に均等に荷重を負荷することが可能である積層構造体を提供することを目的としている。   The present invention has been made by paying attention to the above-described conventional problems, and can achieve light weight and downsizing. In addition, even when the use temperature changes, the load is always applied evenly to the laminated member. An object of the present invention is to provide a laminated structure that can be used.

本発明は、複数の平板状を成す積層部材と、これらの積層部材を積層した状態で積層方向に加圧して締結する締結加圧部材を備え、使用温度の変化により積層方向に膨張及び収縮を繰り返す積層構造体において、締結加圧部材の少なくとも一部分を、形状記憶合金から形成されて互いに積層する複数の積層部材を使用温度の範囲で常に積層方向に加圧する伸縮部としてある構成としたことを特徴としており、この積層構造体の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。   The present invention includes a laminated member having a plurality of flat plate shapes, and a fastening pressure member that presses and fastens the laminated member in the laminated direction in a state where the laminated members are laminated, and expands and contracts in the laminated direction due to a change in use temperature. In the laminated structure to be repeated, at least a part of the fastening pressure member is configured to be a stretchable part that is formed of a shape memory alloy and laminated to each other and constantly pressurizes in the laminating direction within a range of operating temperatures. The structure of this laminated structure is a means for solving the above-described conventional problems.

本発明の積層構造体では、形状記憶合金から成る伸縮部を有する締結加圧部材によって、互いに複数積層した積層部材を使用温度の範囲で常に積層方向に加圧して締結するようにしているので、従来において積層部材を両側から加圧するのに用いていた皿ばね及び締め付けプレートが必要でなくなる分だけ質量の低減化及び省スペース化が図られることとなる。   In the laminated structure of the present invention, the fastening pressure member having a stretchable portion made of a shape memory alloy is used to always press and fasten the laminated members laminated in the laminating direction within the operating temperature range. Thus, the mass can be reduced and the space can be saved as much as the disc spring and the clamping plate that are conventionally used to press the laminated member from both sides are not necessary.

そして、本発明の積層構造体では、積層部材を両側から加圧するのに皿ばねを用いていないので、これを支持する部分が湾曲したりするようなことがなく、その結果、積層部材に対して常に均等に荷重を負荷し得ることとなる。   And in the laminated structure of this invention, since the disk spring is not used to pressurize a laminated member from both sides, the part which supports this does not curve, As a result, with respect to a laminated member Thus, the load can always be applied evenly.

本発明の積層構造体によれば、上記した構成としているので、軽量小型化を実現したうえで、互いに積層した積層部材の使用温度の変化による膨張及び収縮にかかわらず、積層部材に対して常に均等に荷重を負荷することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。   According to the laminated structure of the present invention, since it has the above-described configuration, it is possible to always reduce the size and weight of the laminated member regardless of expansion and contraction due to a change in use temperature of the laminated members laminated to each other. A very good effect is obtained that the load can be applied evenly.

本発明の積層構造体において、締結加圧部材の全体を形状記憶合金から成る伸縮部として形成してある構成とすることができる。   In the laminated structure of the present invention, the entire fastening pressure member can be formed as an expansion / contraction part made of a shape memory alloy.

上記した構成を採用すると、使用温度の変化に応じて締結加圧部材の全体に締付けによるひずみが生じることとなり、より一層安定した締付け力が得られることとなる。   When the above-described configuration is employed, distortion due to tightening occurs in the entire fastening pressure member in accordance with changes in the operating temperature, and a more stable tightening force can be obtained.

また、本発明の積層構造体において、締結加圧部材の伸縮部以外を非伸縮部として形成してある構成とすることができ、この際、締結加圧部材の伸縮部の強度を非伸縮部よりも低く設定したり、締結加圧部材の伸縮部の断面積を非伸縮部よりも小さく設定したりすることができる。   Further, in the laminated structure of the present invention, it is possible to adopt a configuration in which a portion other than the stretchable portion of the fastening pressure member is formed as a non-stretchable portion. The cross-sectional area of the expansion / contraction part of the fastening pressure member can be set smaller than that of the non-expansion / contraction part.

上記したように、締結加圧部材の伸縮部以外を非伸縮部として形成すると、形状記憶合金から成る伸縮部に選択的にひずみが集中して発生することから、ひずみの管理は伸縮部の寸法管理を行うことで済むこととなり、したがって、ひずみの管理が容易なものとなる。   As described above, when a portion other than the expansion / contraction portion of the fastening pressure member is formed as a non-expansion / contraction portion, strain is selectively concentrated on the expansion / contraction portion made of the shape memory alloy. Therefore, it is only necessary to perform management, and therefore strain management becomes easy.

そして、上記したように、締結加圧部材の伸縮部の強度を非伸縮部よりも低く設定した場合には、より安定して伸縮部にひずみを生じさせ得ることとなり、一方、締結加圧部材の伸縮部の断面積を非伸縮部よりも小さく設定した場合には、より安定して伸縮部にひずみを生じさせ得るのに加えて、伸縮部の断面積管理を行うことで、締付け力の管理を行い得ることとなる。   And as mentioned above, when the strength of the expansion / contraction part of the fastening pressure member is set lower than that of the non-expansion / contraction part, the expansion / contraction part can be more stably distorted, whereas the fastening pressure member If the cross-sectional area of the expansion / contraction part is set to be smaller than that of the non-expansion / contraction part, the expansion / contraction part can be more stably distorted. Management can be performed.

さらに、本発明の積層構造体において、使用温度が−20〜100℃である場合において、締結加圧部材の伸縮部に生じるひずみを2〜6%に設定した構成とすることが可能である。   Furthermore, in the laminated structure of the present invention, when the operating temperature is −20 to 100 ° C., the strain generated in the expansion and contraction portion of the fastening pressure member can be set to 2 to 6%.

上記した構成を採用すると、伸縮部を形成する形状記憶合金の形状記憶機能により、ほぼ一定した締付け力が得られることとなる。   When the above-described configuration is adopted, a substantially constant tightening force can be obtained by the shape memory function of the shape memory alloy forming the stretchable portion.

さらにまた、本発明の積層構造体において、締結加圧部材がプレート状を成している構成や、締結加圧部材がロッド状を成している構成や、締結加圧部材が線状を成している構成を適宜採用することが可能である。   Furthermore, in the laminated structure of the present invention, the fastening pressure member has a plate shape, the fastening pressure member has a rod shape, or the fastening pressure member has a linear shape. It is possible to adopt the structure which has been carried out suitably.

このように、締結加圧部材がプレート状を成す構成を採用すると、ナットなどの部材を用いなくて済む分だけ省スペース化が図られることとなり、また、締結加圧部材がロッド状を成している構成を採用すると、締付けナットを用いることで締め付け作業が容易に成されることとなり、さらに、締結加圧部材が線状を成している構成を採用すると、より一層の軽量化が図られることとなる。   In this way, when the fastening pressure member has a plate shape, the space can be saved as much as it is not necessary to use a member such as a nut, and the fastening pressure member has a rod shape. If the configuration is used, the tightening operation can be easily performed by using the tightening nut, and further, if the configuration in which the fastening pressure member is formed in a linear shape is adopted, the weight can be further reduced. Will be.

さらにまた、本発明の積層構造体において、締結加圧部材の伸縮部をオーステナイト変態終了温度が100℃以上の形状記憶合金から成るものとした構成とすることができ、この場合には、伸縮部を形成する形状記憶合金が、より一層安定した形状記憶機能を発現するマルテンサイト相となるため、一段と安定した応力が発生することとなって、より一層安定した締付け力が得られることとなる。   Furthermore, in the laminated structure of the present invention, the expansion / contraction part of the fastening pressure member can be made of a shape memory alloy having an austenite transformation end temperature of 100 ° C. or higher. Since the shape memory alloy that forms a martensite phase that exhibits a more stable shape memory function, a more stable stress is generated, and a more stable tightening force can be obtained.

さらにまた、燃料ガスが供給される燃料極と酸化剤ガスが供給される酸化剤極とで高分子電解質膜を挟持して成る固体電解質型燃料電池を積層部材とし、この積層部材としての固体電解質型燃料電池を複数積層して、これらの互いに積層した固体電解質型燃料電池を上記した締結加圧部材によって積層方向に加圧して締結すると、本発明を適用した燃料電池スタック構造体が得られることとなり、このような燃料電池スタック構造体では、軽量小型化が図られることとなる。   Furthermore, a solid electrolyte fuel cell in which a polymer electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode to which fuel gas is supplied and an oxidant electrode to which oxidant gas is supplied is used as a laminated member, and the solid electrolyte as the laminated member When a plurality of type fuel cells are stacked and these solid oxide fuel cells stacked on each other are pressed in the stacking direction by the above-described fastening pressure member and fastened, a fuel cell stack structure to which the present invention is applied is obtained. Thus, such a fuel cell stack structure can be reduced in weight and size.

つまり、従来のものと比べて固体電解質型燃料電池を多く搭載し得ることから、出力性能が向上することとなり、したがって、車載用に適したものとなる。   In other words, since more solid oxide fuel cells can be mounted as compared with the conventional one, the output performance is improved, and therefore, it is suitable for in-vehicle use.

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited to a following example.

図1〜図3は、本発明の積層構造体の一実施例を示しており、この実施例では、本発明の積層構造体が燃料電池スタック構造体である場合を示す。   1 to 3 show an embodiment of the laminated structure of the present invention. In this embodiment, the laminated structure of the present invention is a fuel cell stack structure.

図1及び図2に示すように、この燃料電池スタック構造体1は、燃料ガスが供給される燃料極と酸化剤ガスが供給される酸化剤極とで高分子電解質膜を挟持して成る固体電解質型燃料電池2を複数備えていて、これらの固体電解質型燃料電池2を積層して両側からエンドプレート3,3で挟み込み、これらのエンドプレート3,3を貫通する複数本、この実施例では4本のロッド状を成す締結加圧部材4の上下端部にナット5をねじ込むことによって、互いに積層した固体電解質型燃料電池2をその積層方向に加圧して締結する構成を成している。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell stack structure 1 is a solid body in which a polymer electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode supplied with a fuel gas and an oxidant electrode supplied with an oxidant gas. A plurality of electrolyte fuel cells 2 are provided, and these solid electrolyte fuel cells 2 are stacked and sandwiched between end plates 3 and 3 from both sides. The nuts 5 are screwed into the upper and lower end portions of the fastening pressure members 4 having four rod shapes, whereby the solid oxide fuel cells 2 stacked on each other are pressed and fastened in the stacking direction.

この場合、ロッド状を成す締付加圧部材4の中間部分を形状記憶合金から成る伸縮部4Aとして形成していると共に、両端部分を非伸縮部4Bとして形成しており、伸縮部4Aに常にひずみが生じるように成すことによって、固体電解質型燃料電池2をその積層方向に加圧することができるようにしてある。   In this case, the intermediate portion of the rod-shaped tightening additional pressure member 4 is formed as a stretchable portion 4A made of a shape memory alloy, and both end portions are formed as non-stretchable portions 4B. By so doing, the solid oxide fuel cell 2 can be pressurized in the stacking direction.

上記形状記憶合金は、オーステナイト変態終了温度以下の温度において、マルテンサイト相であり、双晶変形で塑性変形(永久変形)しない領域がある。この実施例で用いる形状記憶合金(Ni量が49.5at%のNi−Ti合金)の場合、図3(a)の応力−ひずみ線図(上記Ni−Ti合金を400℃で形状記憶処理した際の室温(約25℃)での応力-ひずみ線図)に示すように、双晶変形で約6%のひずみを付与しても、応力が大きく変化しないひずみ範囲が存在し、2〜6%のひずみ範囲において応力が330MPaでほぼ一定となる。   The above shape memory alloy has a martensitic phase at a temperature equal to or lower than the austenite transformation finish temperature, and there is a region that does not undergo plastic deformation (permanent deformation) due to twin deformation. In the case of the shape memory alloy (Ni-Ti alloy with 49.5 at% Ni) used in this example, the stress-strain diagram of FIG. 3A (the Ni-Ti alloy was subjected to shape memory treatment at 400 ° C. As shown in the stress-strain diagram at room temperature (about 25 ° C.), there is a strain range in which the stress does not change greatly even when about 6% strain is applied by twin deformation. In the strain range of%, the stress is almost constant at 330 MPa.

この際、伸縮部4Aの自然長を75mmとすると、1.5〜4.5mmの約3mmの変化があったとしても、ほぼ一定の応力の出力が可能となり、したがって、4本設置する締結加圧部材4にそれぞれねじ込むナット5の各ねじ込み量に約4mmの誤差があったとしても、ほぼ一定の締付け力で固体電解質型燃料電池2をその積層方向に加圧して締付け得ることとなる。   At this time, assuming that the natural length of the expansion / contraction part 4A is 75 mm, even if there is a change of about 3 mm from 1.5 to 4.5 mm, it is possible to output a substantially constant stress. Even if there is an error of about 4 mm in each screw amount of the nut 5 screwed into the pressure member 4, the solid oxide fuel cell 2 can be pressed and tightened in the stacking direction with a substantially constant tightening force.

この実施例の燃料電池スタック構造体1において、その使用温度の範囲を−20〜100℃としており、使用温度の変化により積層方向に膨張及び収縮を繰り返し、積層方向寸法Lを360mmとすると、−1.5〜3mmの範囲で伸縮するものとなっている。   In the fuel cell stack structure 1 of this example, the use temperature range is −20 to 100 ° C., and when the use temperature changes, the expansion and contraction are repeated in the stacking direction, and the stacking direction dimension L is 360 mm. It expands and contracts in the range of 1.5 to 3 mm.

この実施例における締結加圧部材4の伸縮部4Aに採用した形状記憶合金は、上述したように、Ni量が49.5at%のNi−Ti合金であり、オーステナイト変態終了温度が100℃以上となるものとしている。   As described above, the shape memory alloy employed in the expansion / contraction part 4A of the fastening pressure member 4 in this example is a Ni-Ti alloy having a Ni content of 49.5 at%, and the austenite transformation end temperature is 100 ° C or higher. It is supposed to be.

そこで、この実施例では、−20℃で約2%のひずみが伸縮部4Aに生じるようにして、締付加圧部材4をセットした。つまり、−20℃において、約330MPaの締付け力で固体電解質型燃料電池2をその積層方向に加圧して締付けた。   Therefore, in this embodiment, the tightening additional pressure member 4 was set so that a strain of about 2% was generated in the stretchable portion 4A at -20 ° C. That is, at −20 ° C., the solid oxide fuel cell 2 was pressed and tightened in the stacking direction with a tightening force of about 330 MPa.

この燃料電池スタック構造体1は、使用するに従ってその温度が上昇する。これに伴って、締結加圧部材4の伸縮部4Aに温度が付与され、この温度により伸縮部4Aには自然長に戻ろうとする形状回復力が発生する。その結果、締結加圧部材4は、伸縮部4Aに生じる形状回復力により、常に固体電解質型燃料電池2をその積層方向に加圧することとなる。   The temperature of the fuel cell stack structure 1 increases as it is used. Along with this, a temperature is applied to the expansion / contraction part 4A of the fastening pressure member 4, and by this temperature, a shape recovery force is generated in the expansion / contraction part 4A to return to the natural length. As a result, the fastening pressure member 4 always pressurizes the solid oxide fuel cell 2 in the stacking direction by the shape recovery force generated in the expansion / contraction part 4A.

また、上記燃料電池スタック構造体1は、最大100℃まで上昇する場合があるが、使用温度範囲内がマルテンサイトであるため、より安定な回復応力で使用することができる。   Moreover, although the said fuel cell stack structure 1 may rise to a maximum of 100 degreeC, since the use temperature range is a martensite, it can be used by more stable recovery stress.

ここで、例え、形状記憶合金のオーステナイト変態終了温度が100℃に満たないとしても、使用温度範囲内にオーステナイトとなる範囲が存在し、このオーステナイト状態においても、伸縮部4Aには、形状記憶合金の擬弾性機能で自然長に戻ろうとする形状回復応力が生じる。   Here, even if the austenite transformation end temperature of the shape memory alloy is less than 100 ° C., there is a range of austenite within the operating temperature range. Even in this austenite state, the stretchable portion 4A has a shape memory alloy. The shape recovery stress that tries to return to the natural length is generated by the pseudo-elastic function.

図3(b)のオーステナイト相における応力−ひずみ線図に示すように、双相変形の応力はマルテンサイト相よりも高くなるが、初期の形状に戻ろうとする擬弾性効果が現れることから、この自然長に戻ろうとする擬弾性力を締付け力として活用すれば、常に固体電解質型燃料電池2をその積層方向に加圧し得ることとなる。   As shown in the stress-strain diagram in the austenite phase of FIG. 3 (b), the stress of the biphasic deformation is higher than that of the martensite phase, but the pseudoelastic effect appears to return to the initial shape. If the pseudoelastic force for returning to the natural length is utilized as the tightening force, the solid oxide fuel cell 2 can always be pressurized in the stacking direction.

さらに、この実施例において、締結加圧部材4の伸縮部4Aを形成するNi−Ti合金の強度を、非伸縮部4Bが塑性変形する降伏強度よりも低い強度とすることで、締結加圧部材4にナット5をねじ込む際に、より集中的に伸縮部4Aがひずむようにしてあり、したがって、ひずみの管理は伸縮部4Aの寸法管理を行えば済むことから、ひずみの管理が容易なものとなる、すなわち、締付け力の管理が容易なものとなる。   Furthermore, in this embodiment, the fastening pressure member is formed by setting the strength of the Ni-Ti alloy forming the stretchable portion 4A of the fastening pressure member 4 to be lower than the yield strength at which the non-stretchable portion 4B is plastically deformed. When the nut 5 is screwed into the nut 4, the stretchable portion 4A is distorted more intensively. Therefore, the strain can be easily managed because the size of the stretchable portion 4A can be managed. That is, the tightening force can be easily managed.

上記した燃料電池スタック構造体1では、形状記憶合金から成る伸縮部4Aを有する締結加圧部材4によって、互いに複数積層した固体電解質型燃料電池2を使用温度の範囲で常に積層方向に加圧して締結するようにしているので、従来において積層部材を両側から加圧するのに用いていた皿ばね及び締め付けプレートが必要でなくなる分だけ質量の低減化及び省スペース化が図られることとなる。   In the fuel cell stack structure 1 described above, the solid electrolyte fuel cells 2 stacked in a plurality of layers are always pressed in the stacking direction within the operating temperature range by the fastening pressure member 4 having the expansion / contraction part 4A made of a shape memory alloy. Since the fastening is performed, the mass can be reduced and the space can be saved to the extent that the disc spring and the fastening plate that are conventionally used to pressurize the laminated member from both sides are not necessary.

このように、上記した燃料電池スタック構造体1では、皿ばね及び締め付けプレートを省いた分だけ、固体電解質型燃料電池2をより多く搭載し得ることから、出力性能が向上することとなり、したがって、車載用に適したものとなる。   As described above, in the fuel cell stack structure 1 described above, since the solid oxide fuel cell 2 can be mounted in a larger amount by omitting the disc spring and the clamping plate, the output performance is improved. It will be suitable for in-vehicle use.

また、上記した燃料電池スタック構造体1では、締結加圧部材4がロッド状を成しているので、締付けナット5を用いることで締め付け作業が容易なものとなる。   In the fuel cell stack structure 1 described above, since the fastening pressure member 4 has a rod shape, the fastening operation is facilitated by using the fastening nut 5.

図4は、本発明の積層構造体の他の実施例を示している。この実施例においても、本発明の積層構造体が燃料電池スタック構造体である場合を示しており、図4に示すように、この実施例の燃料電池スタック構造体11が、先の実施例の燃料電池スタック構造体1と相違するところは、締結加圧部材14の伸縮部14Aの断面積を非伸縮部14Bよりも小さく設定した点にあり、他の構成は先の実施例における燃料電池スタック構造体1と同じである。   FIG. 4 shows another embodiment of the laminated structure of the present invention. This embodiment also shows the case where the laminated structure of the present invention is a fuel cell stack structure. As shown in FIG. 4, the fuel cell stack structure 11 of this embodiment is the same as that of the previous embodiment. The difference from the fuel cell stack structure 1 is that the cross-sectional area of the expansion / contraction part 14A of the fastening pressure member 14 is set smaller than that of the non-expansion / contraction part 14B, and the other configuration is the fuel cell stack in the previous embodiment. It is the same as the structure 1.

この燃料電池スタック構造体11では、締結加圧部材14の伸縮部14Aの断面積を非伸縮部14Bよりも小さく設定しているので、より安定して伸縮部14Aにひずみを生じさせ得るのに加えて、伸縮部14Aの断面積管理を行うことで、締付け力の管理を行い得ることとなる。   In this fuel cell stack structure 11, since the cross-sectional area of the expansion / contraction part 14A of the fastening pressure member 14 is set smaller than that of the non-expansion / contraction part 14B, the expansion / contraction part 14A can be strained more stably. In addition, the tightening force can be managed by managing the cross-sectional area of the stretchable portion 14A.

図5は、本発明の積層構造体のさらに他の実施例を示している。この実施例においても、本発明の積層構造体が燃料電池スタック構造体である場合を示しており、図5に示すように、この実施例の燃料電池スタック構造体21が、先の実施例の燃料電池スタック構造体11と相違するところは、エンドプレート3,3の図示両端部に配置した締結加圧部材14,14間に、形状記憶合金から成る伸縮部24Aを有する締結加圧部材24を配置し、この締結加圧部材24の伸縮部24A及び非伸縮部24Bの各断面積をいずれも締結加圧部材14の伸縮部14A及び非伸縮部14Bよりも大きく設定した点にあり、他の構成は先の実施例における燃料電池スタック構造体11と同じである。   FIG. 5 shows still another embodiment of the laminated structure of the present invention. This embodiment also shows the case where the laminated structure of the present invention is a fuel cell stack structure. As shown in FIG. 5, the fuel cell stack structure 21 of this embodiment is the same as that of the previous embodiment. The fuel cell stack structure 11 is different from the fuel cell stack structure 11 in that a fastening pressure member 24 having an expansion / contraction portion 24A made of a shape memory alloy is provided between the fastening pressure members 14 and 14 disposed at both ends of the end plates 3 and 3 in the drawing. And the cross-sectional areas of the stretchable part 24A and the non-stretchable part 24B of the fastening pressure member 24 are both set larger than the stretchable part 14A and the non-stretchable part 14B of the fastening pressure member 14, The configuration is the same as that of the fuel cell stack structure 11 in the previous embodiment.

この燃料電池スタック構造体21では、中央に配置した締結加圧部材24の伸縮部24Aの断面積を両側に配置した締結加圧部材14の伸縮部14よりも大きく設定しているので、中央部分の締付け力が大きくなる。したがって、締付け加圧力を負荷し難いエンドプレート3,3の中央部分により大きな締付け力を作用させることが可能になって、固体電解質型燃料電池2のより均等な締付け加圧が可能となる。   In this fuel cell stack structure 21, since the cross-sectional area of the expansion / contraction part 24A of the fastening pressure member 24 arranged at the center is set larger than the expansion / contraction part 14 of the fastening pressure member 14 arranged on both sides, The tightening force increases. Therefore, a large tightening force can be applied to the central portions of the end plates 3 and 3 where it is difficult to apply the tightening pressure, and the solid oxide fuel cell 2 can be more uniformly tightened and pressurized.

図6及び図7は、本発明の積層構造体のさらに他の実施例を示している。この実施例においても、本発明の積層構造体が燃料電池スタック構造体である場合を示しており、図6及び図7に示すように、この実施例の燃料電池スタック構造体31は、中間部分を形状記憶合金から成る伸縮部34Aとして形成し且つ両端部分を非伸縮部34Bとして形成したプレート状を成す締結加圧部材34を備え、この締結加圧部材34の上下端部をボルト36を介してエンドプレート3,3に固定することによって、互いに積層した固体電解質型燃料電池2をその積層方向に加圧して締結する構成を成している。   6 and 7 show still another embodiment of the laminated structure of the present invention. Also in this embodiment, the case where the laminated structure of the present invention is a fuel cell stack structure is shown. As shown in FIGS. 6 and 7, the fuel cell stack structure 31 of this embodiment includes an intermediate portion. Is formed as a stretchable portion 34A made of a shape memory alloy and has a plate-like fastening pressure member 34 having both end portions formed as a non-stretchable portion 34B. The upper and lower ends of the fastening pressure member 34 are connected via bolts 36. By fixing to the end plates 3 and 3, the solid oxide fuel cells 2 stacked on each other are pressed and tightened in the stacking direction.

この燃料電池スタック構造体31では、締結加圧部材34がプレート状を成しているので、ナットなどの部材を用いなくて済む分だけ省スペース化が図られることとなる。   In the fuel cell stack structure 31, the fastening pressure member 34 has a plate shape, so that the space can be saved as much as it is not necessary to use a member such as a nut.

図8及び図9は、本発明の積層構造体のさらに他の実施例を示している。この実施例においても、本発明の積層構造体が燃料電池スタック構造体である場合を示しており、図8及び図9に示すように、この実施例の燃料電池スタック構造体41は、全体が形状記憶合金から成る線状の締結加圧部材44を備え、この締結加圧部材44の両端部をボルト46を介して一方のエンドプレート3に固定すると共に、締結加圧部材44の中間部分をエンドプレート3,3に設けたフック47に互い違いに引っ掛けることによって、互いに積層した固体電解質型燃料電池2をその積層方向に加圧して締結する構成を成している。   8 and 9 show still another embodiment of the laminated structure of the present invention. Also in this embodiment, the case where the laminated structure of the present invention is a fuel cell stack structure is shown. As shown in FIGS. 8 and 9, the fuel cell stack structure 41 of this embodiment is entirely composed. A linear fastening pressure member 44 made of a shape memory alloy is provided, and both ends of the fastening pressure member 44 are fixed to one end plate 3 via bolts 46, and an intermediate portion of the fastening pressure member 44 is provided. By alternately hooking on hooks 47 provided on the end plates 3, 3, the solid oxide fuel cells 2 stacked on each other are pressed in the stacking direction and fastened.

この燃料電池スタック構造体31では、締結加圧部材44が線状を成しているので、ナットなどの部材を用いなくて済む分だけ省スペース化が図られるうえ、より一層の軽量化が図られることとなる。   In the fuel cell stack structure 31, the fastening pressure member 44 has a linear shape, so that space can be saved as much as it is not necessary to use a member such as a nut, and the weight can be further reduced. Will be.

なお、締結加圧部材44が線状を成している場合において、この締結加圧部材44を互いに積層した固体電解質型燃料電池2に巻き付ける構成としてもよく、この構成においても、省スペース化及びより一層の軽量化が図られることとなる。   When the fastening pressure member 44 has a linear shape, the fastening pressure member 44 may be wound around the solid oxide fuel cell 2 stacked on each other. Further weight reduction will be achieved.

上記した実施例では、いずれも本発明の積層構造体が燃料電池スタック構造体である場合を示したが、これに限定されるものではなく、使用温度の変化によって積層方向に膨張及び収縮を繰り返す積層構造体であれば適用可能である。   In each of the above-described embodiments, the case where the laminated structure of the present invention is a fuel cell stack structure has been shown. However, the present invention is not limited to this, and the expansion and contraction are repeated in the stacking direction according to the change in use temperature. Any laminated structure can be applied.

本発明の積層構造体の一実施例を示す燃料電池スタック構造体の正面説明図である。(実施例1)It is front explanatory drawing of the fuel cell stack structure which shows one Example of the laminated structure of this invention. Example 1 図1の燃料電池スタック構造体の側面説明図である。(実施例1)It is side surface explanatory drawing of the fuel cell stack structure of FIG. Example 1 図1の燃料電池スタック構造体における締付加圧部材に用いた形状記憶合金のマルテンサイト相の応力−ひずみ線図(a)及びオーステナイト相の応力−ひずみ線図(b)である。FIG. 2 is a stress-strain diagram (a) of the martensite phase and a stress-strain diagram (b) of the austenite phase of the shape memory alloy used for the tightening pressure member in the fuel cell stack structure of FIG. 1. 本発明の積層構造体の他の実施例を示す燃料電池スタック構造体の正面説明図である。(実施例2)It is front explanatory drawing of the fuel cell stack structure which shows the other Example of the laminated structure of this invention. (Example 2) 本発明の積層構造体のさらに他の実施例を示す燃料電池スタック構造体の正面説明図である。(実施例3)It is front explanatory drawing of the fuel cell stack structure which shows other Example of the laminated structure of this invention. (Example 3) 本発明の積層構造体のさらに他の実施例を示す燃料電池スタック構造体の正面説明図である。(実施例4)It is front explanatory drawing of the fuel cell stack structure which shows other Example of the laminated structure of this invention. (Example 4) 図6の燃料電池スタック構造体の側面説明図である。(実施例4)It is side surface explanatory drawing of the fuel cell stack structure of FIG. (Example 4) 本発明の積層構造体のさらに他の実施例を示す燃料電池スタック構造体の正面説明図である。(実施例5)It is front explanatory drawing of the fuel cell stack structure which shows other Example of the laminated structure of this invention. (Example 5) 図8の燃料電池スタック構造体の側面説明図である。(実施例5)It is side surface explanatory drawing of the fuel cell stack structure of FIG. (Example 5)

符号の説明Explanation of symbols

1,11,21,31,41 燃料電池スタック構造体(積層構造体)
2 固体電解質型燃料電池
4,14,24,34,44 締結加圧部材
4A,14A,24A,34A 伸縮部
4B,14B,24B,34B 非伸縮部
1,11,21,31,41 Fuel cell stack structure (laminated structure)
2 Solid oxide fuel cell 4, 14, 24, 34, 44 Fastening pressure member 4A, 14A, 24A, 34A Stretchable part 4B, 14B, 24B, 34B Non-stretchable part

Claims (11)

複数の平板状を成す積層部材と、これらの積層部材を積層した状態で積層方向に加圧して締結する締結加圧部材を備え、使用温度の変化により積層方向に膨張及び収縮を繰り返す積層構造体において、締結加圧部材の少なくとも一部分を、形状記憶合金から形成されて互いに積層する複数の積層部材を使用温度の範囲で常に積層方向に加圧する伸縮部としてあることを特徴とする積層構造体。   A laminated structure having a plurality of flat plate-like laminated members and a fastening pressure member that presses and fastens the laminated members in the laminated direction in a state in which these laminated members are laminated, and repeatedly expands and contracts in the laminated direction according to a change in use temperature. A laminate structure characterized in that at least a part of the fastening pressure member is a stretchable part that constantly pressurizes a plurality of laminated members that are made of shape memory alloy and are laminated to each other in a range of operating temperature. 締結加圧部材の全体を形状記憶合金から成る伸縮部として形成してある請求項1に記載の積層構造体。   The laminated structure according to claim 1, wherein the whole fastening pressure member is formed as a stretchable part made of a shape memory alloy. 締結加圧部材の伸縮部以外を非伸縮部として形成してある請求項1に記載の積層構造体。   The laminated structure according to claim 1, wherein a portion other than the stretchable portion of the fastening pressure member is formed as a non-stretchable portion. 締結加圧部材の伸縮部の強度を非伸縮部よりも低く設定した請求項3に記載の積層構造体。   The laminated structure according to claim 3, wherein the strength of the stretchable portion of the fastening pressure member is set lower than that of the non-stretchable portion. 締結加圧部材の伸縮部の断面積を非伸縮部よりも小さく設定した請求項3又は4に記載の積層構造体。   The laminated structure according to claim 3 or 4, wherein the cross-sectional area of the stretchable portion of the fastening pressure member is set smaller than that of the non-stretchable portion. 使用温度が−20〜100℃である場合において、締結加圧部材の伸縮部に生じるひずみを2〜6%に設定した請求項3〜5のいずれか一つの項に記載の積層構造体。   The laminated structure according to any one of claims 3 to 5, wherein when the operating temperature is -20 to 100 ° C, the strain generated in the stretchable portion of the fastening pressure member is set to 2 to 6%. 締結加圧部材がプレート状を成している請求項1〜6のいずれか一つの項に記載の積層構造体。   The laminated structure according to any one of claims 1 to 6, wherein the fastening pressure member has a plate shape. 締結加圧部材がロッド状を成している請求項1〜6のいずれか一つの項に記載の積層構造体。   The laminated structure according to any one of claims 1 to 6, wherein the fastening pressure member has a rod shape. 締結加圧部材が線状を成している請求項1〜6のいずれか一つの項に記載の積層構造体。   The laminated structure according to any one of claims 1 to 6, wherein the fastening pressure member has a linear shape. 締結加圧部材の伸縮部をオーステナイト変態終了温度が100℃以上の形状記憶合金から成るものとした請求項1〜9のいずれか一つの項に記載の積層構造体。   The laminated structure according to any one of claims 1 to 9, wherein the expansion / contraction portion of the fastening pressure member is made of a shape memory alloy having an austenite transformation end temperature of 100 ° C or higher. 燃料ガスが供給される燃料極と酸化剤ガスが供給される酸化剤極とで高分子電解質膜を挟持して成る固体電解質型燃料電池を積層部材とし、この積層部材としての固体電解質型燃料電池を複数積層した状態で締結加圧部材により積層方向に加圧して締結してある請求項1〜10のいずれか一つの項に記載の積層構造体。   A solid electrolyte fuel cell in which a polymer electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode to which a fuel gas is supplied and an oxidant electrode to which an oxidant gas is supplied is a laminated member, and the solid oxide fuel cell as the laminated member The laminated structure according to any one of claims 1 to 10, wherein a plurality of layers are stacked and pressed by a fastening pressure member in a stacking direction.
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